CN216161463U - 地下核电站乏燃料池非能动补水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下核电站乏燃料池非能动补水系统。它包括地面水池、冷却系统、应急补水系统和水位监测装置，所述地面水池底端高于乏燃料洞室顶端，且地面水池中充满冷却水；所述冷却系统包括一端连接在地面水池底部的冷却管道，所述冷却管道另一端设有位于乏燃料池上方，且从上至下布置的至少三级冷却台；所述应急补水系统包括一端连接在地面水池底部的补水管道，所述补水管道另一端能够将水流送入到乏燃料池；所述水位监测装置实时控制冷却管道上的冷却阀门和补水管道上的补水阀门的启闭。该系统能够能够在断电状况下，通过冷却系统和应急补水系统实现乏燃料池内冷却水的快速降温和快速补充，有效避免了人为操作出现意外恶化事故。

Description

地下核电站乏燃料池非能动补水系统

技术领域

本实用新型涉及地下核电站技术领域，具体地指一种地下核电站乏燃料池非能动补水系统。

背景技术

核反应堆内的燃料棒是核电站运行的关键原件，通过核裂变或核聚变产生能量。燃料棒在完成“燃烧产能”使命后，从堆芯中卸出，但其仍然具有相当强的放射性和衰变热，通常需要转运至核电站厂房内的乏燃料水池中进行长时间的冷却，待其放射性和衰变功率达到一定标准后再进行转厂和后处理。

乏燃料水池对燃料棒通常通过强迫对流和蒸发沸腾的方式进行冷却，这种冷却方式需要有足够的冷却水，并且需要水泵进行持续补水。正常工况下，乏燃料水池内冷却水充足，温度能够维持在设计范围内。但在福岛事故中，由于地震导致交流电源的全部丧失，乏燃料水池的冷却功能和水补给功能丧失，乏燃料组件得不到冷却，不断释放大量衰变热使得乏燃料水池温度不断升高，直至沸腾，进而导致水池内冷却水蒸发，水位下降，最终导致乏燃料组件暴露在空气中，释放热量产生大量氢气，极大影响了核电站的安全性。

因此，结合地下核电站的结构特点，设置非能动的乏燃料补水系统，以保证乏燃料水池的可靠冷却、放射性包容以及反应堆安全是十分必要的。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种地下核电站乏燃料池非能动补水系统，当交流电源丧失时，借助地面水池与乏燃料池之间的高度差，通过冷却系统和应急补水系统将冷却水非能动注入乏燃料池，实现快速降温和快速补水，保障地下核电站安全。

为实现上述目的，本实用新型研制出了一种地下核电站乏燃料池非能动补水系统，它包括地面水池、冷却系统、应急补水系统和水位监测装置，其特别之处在于：所述地面水池底端高于乏燃料洞室顶端，且地面水池中充满冷却水；所述冷却系统包括一端连接在地面水池底部的冷却管道，所述冷却管道另一端设有位于乏燃料池上方，且从上至下布置的至少三级冷却台；所述应急补水系统包括一端连接在地面水池底部的补水管道，所述补水管道另一端能够将水流送入到乏燃料池；所述水位监测装置通过监测乏燃料池内的硼水水位信号分别实时控制冷却管道上的冷却阀门和补水管道上的补水阀门的启闭。

进一步地，相邻两级所述冷却台呈交错设置，且每级冷却台的边界处均设有用于储存冷却水的挡水板。

更进一步地，最后一级所述冷却台设有的挡水板高度大于其余级冷却台设有的挡水板高度。

更进一步地，最后一级所述冷却台下端设有呈阵列分布的雾化级喷嘴组件。

更进一步地，所述雾化级喷嘴组件流量小于冷却阀门流量。

更进一步地，所述雾化级喷嘴组件由若干个不锈钢实心锥雾化喷嘴构成，且喷嘴喷头向下布置。

更进一步地，所述乏燃料池内的硼水水位位于正常水位与临界水位之间，所述正常水位位于雾化级喷嘴组件下方，所述临界水位为乏燃料组件顶端位置。

更进一步地，所述N不小于3。

更进一步地，所述补水阀门流量为冷却阀门流量的5-10倍。

更进一步地，所述水位监测装置密度小于水，能够漂浮在乏燃料池内的硼水水面上。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型利用地下核电站地理位置的优势，在乏燃料池上方地面设置冷却水池，通过冷却水池与乏燃料池之间的高度差，实现断电状况下向乏燃料池内非能动补水和降温；

2、冷却系统设置多级冷却台，通过增大换热面积的方式，对乏燃料池内逐渐上升的热蒸汽进行冷却，增强冷却效果；

3、应急补水系统阀门流量大，能够满足乏燃料池内的冷却水缺口，快速补充冷却水，保证乏燃料组件不裸露；

4、水位监测装置能够实时监测乏燃料池的水位情况，并将水位作为输入信号控制冷却系统和应急补水系统的启闭，无需电力，实现断电事故缓解的自动化；

本实用新型地下核电站乏燃料池非能动补水系统能够在核电站处于全厂断电事故状况下，通过冷却系统和应急补水系统实现对乏燃料池内冷却水的降温和快速补充，有效避免了人为操作出现意外恶化事故。

附图说明

图1是本实用新型地下核电站乏燃料池非能动补水系统的正视结构示意图；

图中：

地面水池1、冷却系统2、应急补水系统3、水位监测装置4、乏燃料组件5、乏燃料池6、乏燃料洞室7；

冷却系统2包括：冷却管道21、冷却阀门22、冷却台23、雾化级喷嘴组件24、挡水板25；

应急补水系统3包括：补水管道31、补水阀门32；

乏燃料池6正常水位A、乏燃料池6临界水位B。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型地下核电站乏燃料池非能动补水系统包括地面水池1、冷却系统2、应急补水系统3和水位监测装置4。所述地面水池1底端高于乏燃料洞室7顶端，且地面水池1中充满冷却水。所述冷却系统2包括一端连接在地面水池1底部的冷却管道21，所述冷却管道21另一端设有位于乏燃料池6上方，且从上至下布置的至少三级冷却台23。所述应急补水系统3包括一端连接在地面水池1底部的补水管道31，所述补水管道31另一端能够将水流送入到乏燃料池6。所述水位监测装置4通过监测乏燃料池6内的硼水水位信号分别实时控制冷却管道21上的冷却阀门22和补水管道31上的补水阀门32的启闭。

上述技术方案中，利用地下核电站地理位置的优势，在乏燃料池6上方地面设置冷却水池，借助地面水池1与乏燃料池6之间的高度差，实现断电状况下向乏燃料池6内非能动补水和降温。

当乏燃料池6内硼水水位下降到乏燃料池6正常水位A以下，水位监测装置4控制冷却阀门22打开，地面水池1中的冷却水通过冷却管道21流向冷却台23，进行补水和降温。当乏燃料池6内硼水水位继续下降到乏燃料池6临界水位B(乏燃料组件5顶端位置)，水位监测装置4控制补水阀门32打开，地面水池1中的冷却水通过补水管道31直接注入乏燃料池6内，快速补水。

上述技术方案中，相邻两级所述冷却台23呈交错设置，且每级冷却台23边界处均设有用于储存冷却水的挡水板25。最后一级所述冷却台23设有的挡水板25高度大于其余级冷却台23设有的挡水板25高度。最后一级所述冷却台23下端设有呈阵列分布的雾化级喷嘴组件24。所述雾化级喷嘴组件24由若干个不锈钢实心锥雾化喷嘴构成，且喷嘴喷头向下布置。

每级冷却台23边界处都设置一个挡水板25，可使每级冷却台23上可储存一定量的冷却水，当上一级冷却台23的冷却水量大于可储存量时，冷却水将溢出，流入下一级冷却台23，直至流入最后一级冷却台23。最后一级所述冷却台23设有的挡水板25高度最高，能够存储更大容量的冷却水，供雾化级喷嘴组件24使用。交错设置的至少三级冷却台23对乏燃料洞室7内逐渐上升的热蒸汽进行冷却，加大换热面积，增强冷却效果。冷却系统2在补水的同时能够加速乏燃料池6内的热交换，快速降低乏燃料池6内部温度。

不锈钢实心锥雾化喷嘴喷出的冷却水为细雾状，增强冷却效果。另外，所述雾化级喷嘴组件24流量小于冷却阀门22流量，以保证冷却系统2水量的平衡。

上述技术方案中，乏燃料池6内的硼水水位位于正常水位A与临界水位B之间，所述正常水位A位于雾化级喷嘴组件24下方。

具体地，本实施例中，采用四级冷却台23交错布置。

上述技术方案中，所述补水管道31另一端位于乏燃料池6上方，所述补水阀门32流量为冷却阀门22流量的5-10倍，用以保证应急补水系统3的快速补水，保证地下核电站安全。

另外，所述水位监测装置4为可漂浮体，密度小于水，能够漂浮在乏燃料池6内的硼水水面上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种地下核电站乏燃料池非能动补水系统，包括地面水池(1)、冷却系统(2)、应急补水系统(3)和水位监测装置(4)，其特征在于：所述地面水池(1)底端高于乏燃料洞室(7)顶端，且地面水池(1)中充满冷却水；所述冷却系统(2)包括一端连接在地面水池(1)底部的冷却管道(21)，所述冷却管道(21)另一端设有位于乏燃料池(6)上方，且从上至下布置的至少三级冷却台(23)；所述应急补水系统(3)包括一端连接在地面水池(1)底部的补水管道(31)，所述补水管道(31)另一端能够将水流送入到乏燃料池(6)；所述水位监测装置(4)通过监测乏燃料池(6)内的硼水水位信号分别实时控制冷却管道(21)上的冷却阀门(22)和补水管道(31)上的补水阀门(32)的启闭。

2.根据权利要求1所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：相邻两级所述冷却台(23)呈交错设置，且每级冷却台(23)边界处均设有用于储存冷却水的挡水板(25)。

3.根据权利要求2所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：最后一级所述冷却台(23)设有的挡水板(25)高度大于其余级冷却台(23)设有的挡水板(25)高度。

4.根据权利要求3所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：最后一级所述冷却台(23)下端设有呈阵列分布的雾化级喷嘴组件(24)。

5.根据权利要求4所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：所述雾化级喷嘴组件(24)流量小于冷却阀门(22)流量。

6.根据权利要求5所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：所述雾化级喷嘴组件(24)由若干个不锈钢实心锥雾化喷嘴构成，且喷嘴喷头向下布置。

7.根据权利要求4所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：所述乏燃料池(6)内的硼水水位位于正常水位(A)与临界水位(B)之间，所述正常水位(A)位于雾化级喷嘴组件(24)下方，所述临界水位(B)为乏燃料组件(5)顶端位置。

8.根据权利要求1所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：所述补水阀门(32)流量为冷却阀门(22)流量的5-10倍。

9.根据权利要求1所述的地下核电站乏燃料池非能动补水系统，其特征在于：所述水位监测装置(4)密度小于水，能够漂浮在乏燃料池(6)内的硼水水面上。

Images